Odjel za kemiju

Sveučilište J.J. Strossmayera u Osijeku

OBRASCI ZA PRAKTIKUM FIZIKALNE KEMIJE 2

za studente preddiplomskog studija kemije s Odjela za kemiju

Martina Medvidović-Kosanović

Osijek, 2013.

PREDGOVOR

Obrasci za praktikum fizikalne kemije 2 namijenjeni su studentima kemije,

Odjela za kemiju, za rad u Praktikumu fizikalne kemije 2. Koriste se kao radna

bilježnica, što podrazumijeva direktno upisivanje eksperimentalno dobivenih rezultata u

za to predviđene tablice, te popunjavanje ostalih dijelova, koji se odnose na crtanje

dijagrama, računanje i opis načina izvedbe vježbe. Sve slike se crtaju na milimetarskom

papiru (mjerilo treba prilagoditi prostoru predviđenom za sliku) i lijepe se u za to

predviđeno mjesto. Obrasci se koriste kao nadopuna skripti, G. Šmit, Praktikum fizikalne

kemije 2, interna skripta; te zajedno čine jednu cjelinu.

Za dodatna pojašnjenja svake vježbe se preporučuje korištenje slijedeće

literature:

1. P.W. Atkins & J. de Paula, Atkins′ Physical Chemistry, Oxford University Press,

Oxford, 2002.

2. M. Sikirica, Stehiometrija, Školska knjiga, Zagreb, 1985.

3. T. Cvitaš & N. Kallay, Fizičke veličine i jedinice Međunarodnog sustava, Školska knjiga,

Zagreb, 1980.

Nadam se da će primjena ovih obrazaca olakšati rad u praktikumu fizikalne

kemije 2 i omogućiti studentima da na što bolji način zapišu i obrade eksperimentalno

dobivene podatke.

Martina Medvidović-Kosanović

SADRŽAJ

1. KONSTANTA RAVNOTEŽE

Nernstov zakon razdjeljenja.................................................................................. 1

2. ADSORPCIJA

Adsorpcija octene kiseline na aktivnom ugljenu................................................. 5

3. KONDUKTOMETRIJSKA TITRACIJA

Neutralizacija natrijeve lužine klorovodičnom kiselinom................................. 11

4. KEMIJSKA KINETIKA

Hidroliza etil-acetata............................................................................................... 14

5. KINETIKA IONSKIH REAKCIJA (I)

Primarni solni efekt: Reakcija jodidnog i persulfatnog

iona drugog reda......................................................................................................... 19

6. KINETIKA IONSKIH REAKCIJA (II)

Primarni solni efekt: Reakcija jodidnog i persulfatnog

iona pseudoprvog reda ............................................................................................. 26

7. TOPLJIVOST PLINOVA

Topljivost kisika u vodi............................................................................................. 35

8. RAVNOTEŽA DISOCIJACIJE

Spektrofotometrijsko određivanje konstante ravnoteže

deprotoniranja metilnog crvenila.............................................................................39

9. REAKCIJSKA KALORIMETRIJA

Entalpije reakcije u Daniell-ovom članku i neutralizacije

anilina octenom i klorovodičnom kiselinom........................................................... 42

10. KOLIGATIVNA SVOJSTVA

Sniženje temperature očvršćivanja...................................................................... 48

1

Vježba 1.

KONSTANTA RAVNOTEŽE

Nernst-ov zakon razdjeljenja

Zadatak vježbe: Odrediti konstantu ravnoteže razdjeljenja amonijaka između vode i

kloroforma pri sobnoj temperaturi.

Pribor i kemikalije: 2 boce od 100 cm3 s ubrušenim čepom, lijevak za odjeljivanje, 1

Erlenmeyer tikvica od 250 cm3 (široko grlo), trbušaste pipete od 5 cm3, 10 cm3 i 50

cm3, 2 birete, metiloranž, NH4OH (c = 1,25 mol dm-3), CHCl3, HCl (c = 0,5 mol dm-3),

HCl (c = 0,05 mol dm-3).

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

2

Tablica 1. Prikaz volumena (V) otopina HCl potrošenih za titraciju vodenog (c (HCl) =

0,5 mol dm-3) i kloroformskog (c (HCl) = 0,05 mol dm-3) sloja, koncentracija amonijaka

(c (NH3)) u vodenom i kloroformskom sloju, te konstanti ravnoteže razdjeljenja

amonijaka između vode i kloroforma (Kr).

uzorak

vodeni sloj kloroformski sloj

Kr V (HCl)

cm3

𝑐 (NH3)

mol dm-3

V (HCl)

cm3

𝑐 (NH3)

mol dm-3

1.

2.

3.

4.

5.

𝐾r̅̅ ̅

Račun:

3

4

Zaključak:

5

Vježba 2.

ADSORPCIJA

Adsorpcija octene kiseline na aktivnom ugljenu

Zadatak vježbe: Odrediti konstante Freundlichove adsorpcijske izoterme

(α, 1

n) mjerenjem adsorpcije octene kiseline na aktivnom ugljenu.

Pribor i kemikalije: 5 reagens boca od 250 cm3, 5 Erlenmeyer tikvica od

250 cm3 (široko grlo), 5 odmjernih tikvica od 100 cm3, odmjerne pipete od 50 cm3

i 10 cm3, graduirana pipeta od 10 cm3, automatska bireta, stakleni lijevak, čaša od

100 cm3, 1 odmjerna posudica, žličica, filter papir, CH3COOH (cnaz = 1 mol dm-3,

fa = ), NaOH (c = 0,5 mol dm-3), fenolftalein, aktivni ugljen (prah).

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

6

Račun:

7

8

9

Tablica 1. Prikaz eksperimentalno i računski dobivenih podataka (mase aktivnog

ugljena (m), početne (cp) i ravnotežne (cr) koncentracije octene kiseline, količine

adsorbirane octene kiseline na aktivnom ugljenu po jedinici mase adsorbensa

(x/m)) za adsorpciju octene kiseline na aktivnom ugljenu.

uzorak 𝑚

g

𝑐p

mol dm-3

𝑐r

mol dm-3 log 𝑐r

(𝑥 𝑚⁄ )

mmol cm-3 g-1 log ( 𝑥 𝑚⁄ )

1

2

3

4

5

Slika 1. Grafičko određivanje konstanti (α, 1

n) Freundlichove adsorpcijske

izoterme.

10

Račun za određivanje konstanti α i 1

n iz slike 1.:

Zaključak:

11

Vježba 3.

KONDUKTOMETRIJSKA TITRACIJA

Neutralizacija natrijeve lužine klorovodičnom kiselinom

Zadatak vježbe: Konduktometrijskom titracijom otopine natrijeve lužine otopinom

klorovodične kiseline odrediti nepoznatu koncentraciju otopine natrijeve lužine.

Pribor i kemikalije: konduktometar s konduktometrijskom ćelijom, odmjerna tikvica od

100 cm3, čaša od 100 cm3 i 400 cm3, pipeta od 25 cm3, bireta, mali stakleni lijevak,

magnetska mješalica, magnetić, HCl (c = 0,1 mol dm-3), staničevina.

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

12

Tablica 1. Prikaz električne provodnosti (κ) i volumena dodane otopine HCl (c = 0,1

mol dm-3) za konduktometrijsku titraciju otopine NaOH.

V(HCl) / cm3

κ /

V(HCl) / cm3

κ /

Slika 1. Grafičko određivanje točke ekvivalencije za konduktometrijsku titraciju

otopine NaOH otopinom HCl (c = 0,1 mol dm-3).

13

Račun:

Zaključak:

14

Vježba 4.

KEMIJSKA KINETIKA

Hidroliza etil-acetata

Zadatak vježbe: Odrediti konstantu brzine hidrolize etil-acetata pri nekoliko različitih

temperatura i izračunati energiju aktivacije te reakcije.

Pribor i kemikalije: konduktometar s konduktometrijskom ćelijom, 2 Erlenmeyer tikvice

od 200 cm3 (usko grlo), 1 Erlenmeyer tikvica od 100 cm3 (usko grlo), 1 čaša od 400 cm3, 2

čaše od 250 cm3 (visoki tip), trbušaste pipete od 20 cm3 i 50 cm3, menzura od 100 cm3,

zaporni sat (štoperica), termometar, CH3COONa (c = 0,01 mol dm-3), CH3COOC2H5 (c =

0,125 mol dm-3), NaOH (c = 0,05 mol dm-3), staničevina.

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

15

Tablica 1. Prikaz električne provodnosti () kao funkcije vremena, te razlike i

električne provodnosti pri beskonačnom razrjeđenju () za reakciju hidrolize etil-

acetata pri sobnoj temperaturi ( = _____°C), = ____________ .

t / min t (mjereno) t / S m-1 t(t - ) / min S m-1

Slika 1. Prikaz ovisnosti t o t (t - ) za reakciju hidrolize etil-acetata pri sobnoj

temperaturi ( = _______°C).

Račun:

16

Tablica 2. Prikaz električne provodnosti () kao funkcije vremena, te razlike i

električne provodnosti pri beskonačnom razrjeđenju () za reakciju hidrolize etil-

acetata pri povišenoj temperaturi ( = _____°C), = ____________ .

t / min t (mjereno) t / S m-1 t(t - ) / min S m-1

Slika 2. Prikaz ovisnosti t o t (t - ) za reakciju hidrolize etil-acetata pri povišenoj

temperaturi ( =_______°C).

Račun:

17

Tablica 3. Prikaz konstante brzine reakcije hidrolize etil acetata kao funkcije

temperature.

T / K T-1 / K-1 k / mol-1 dm3 min-1 ln k

Slika 3. Grafičko određivanje energije aktivacije (Ea) za reakciju hidrolize etil-acetata.

Račun:

18

Zaključak:

19

Vježba 5.

KINETIKA IONSKIH REAKCIJA I

Primarni solni efekt: Reakcija jodidnog i persulfatnog iona drugog reda

Zadatak vježbe: Spektrofotometrijski odrediti konstantu brzine oksidacije jodidnog

iona persulfatnim ionom. Ispitati ovisnost konstante brzine reakcije o ionskoj jakosti i

rezultat usporediti s Brønsted-ovom teorijom.

Pribor i kemikalije: spektrofotometar, 3 čaše od 10 cm3, 3 odmjerne tikvice od 100

cm3, 3 pipete od 3 cm3, 1 pipeta od 25 cm3, 1 pipeta od 5 cm3, 3 staklena štapića, zaporni

sat (štoperica), staničevina, KI (c = 6·10-2 mol dm-3), KCl (c = 1 mol dm-3), K2S2O8 (c =

1,2·10-2 mol dm-3).

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

20

Tablica 1. Prikaz ovisnosti apsorbancije (At) kao funkcije vremena za reakciju jodidnog

iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

t / min At ln [(fA-At) / (A-At)] k2/ dm3 mol-1 min-1

A = ________

Račun:

21

Tablica 2. Prikaz ovisnosti apsorbancije (At) kao funkcije vremena za reakciju jodidnog

iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

t / min At ln [(fA-At) / (A-At)] k2/ dm3 mol-1 min-1

Račun:

22

Tablica 3. Prikaz ovisnosti apsorbancije (At) kao funkcije vremena za reakciju jodidnog

iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

t / min At ln [(fA-At) / (A-At)] k2/ dm3 mol-1 min-1

Račun:

23

Slika 1. Grafički prikaz ovisnosti apsorbancije (At) kao funkcije vremena za reakciju

jodidnog iona s persulfatnim ionom pri tri ionske jakosti (Ic = _____, _____ i _____

mol dm-3).

24

Slika 2. Prikaz ovisnosti logaritma konstante brzine reakcije (log k2) za reakciju

jodidnog iona s persulfatnim ionom o korjenu ionske jakosti (Ic1/2).

Komentar:

25

Zaključak:

26

Vježba 6.

KINETIKA IONSKIH REAKCIJA II

Primarni solni efekt: Reakcija jodidnog i persulfatnog iona pseudoprvog reda

Zadatak vježbe: Odrediti konstante brzine pseudoprvog reda i drugog reda za

oksidaciju jodidnog iona persulfatnim ionom.

Pribor i kemikalije: 1 čaša od 250 cm3, 2 pipete od 20 cm3, jedna pipeta od 50 cm3,

jedna pipeta od 10 cm3 i jedna pipeta od 5 cm3, 3 odmjerne tikvice od 100 cm3,bireta,

čaša od 100 cm3, mali stakleni lijevak, mješalica, magnetski mješač, zaporni sat

(štoperica), KI (c = 0,1 mol dm-3), NaCl (c = 1 mol dm-3), Na2S2O3 (c = 0,05 mol dm-3),

K2S2O8 (c = 0,05 mol dm-3).

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

27

Tablica 1. Prikaz ovisnosti volumena dodanog Na2S2O3 kao funkcije vremena za reakciju

jodidnog iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

t / min V (Na2S2O3) / cm3 ln[V (S2O82-) / (V (S2O8

2-) – 0,5 V (S2O32-))]

Račun:

28

Slika 1. Grafičko određivanje konstante pseudoprvog reda (k1) za reakciju jodidnog iona

s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

Računsko određivanje konstante drugog reda (k2) pri ionskoj jakosti,

Ic = _______mol dm-3.

29

Tablica 2. Prikaz ovisnosti volumena dodanog Na2S2O3 kao funkcije vremena za reakciju

jodidnog iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

t / min V (Na2S2O3) / cm3 ln[V (S2O82-) / (V (S2O8

2-) – 0,5 V (S2O32-))]

Račun:

30

Slika 2. Grafičko određivanje konstante pseudoprvog reda (k1) za reakciju jodidnog iona

s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

Računsko određivanje konstante drugog reda (k2) pri ionskoj jakosti,

Ic = _______mol dm-3.

31

Tablica 3. Prikaz ovisnosti volumena dodanog Na2S2O3 kao funkcije vremena za reakciju

jodidnog iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

t / min V (Na2S2O3) / cm3 ln[V (S2O82-) / (V (S2O8

2-) – 0,5 V (S2O32-))]

Račun:

32

Slika 3. Grafičko određivanje konstante pseudoprvog reda (k1) za reakciju jodidnog iona

s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.

Računsko određivanje konstante drugog reda (k2) pri ionskoj jakosti,

Ic = _______mol dm-3.

33

Slika 4. Prikaz ovisnosti logaritma konstante brzine reakcije (log k2) za reakciju

jodidnog iona s persulfatnim ionom o korjenu ionske jakosti (Ic1/2).

Komentar:

34

Zaključak:

35

Vježba 7.

TOPLJIVOST PLINOVA

Topljivost kisika u vodi

Zadatak vježbe: Odrediti konstantu ravnoteže otapanja kisika u vodi.

Pribor i kemikalije: reakcijska posuda (Erlenmeyer tikvica od 250 cm3 uskog grla s

gumenim čepom i dvije staklene cjevčice za upuhivanje), Erlenmeyer tikvica od 250 cm3

(široko grlo), magnetska mješalica, magnetić, pipeta od 50 cm3, 1 pipeta od 5 cm3 i 3

pipete od 1 cm3, bireta, stakleni lijevak, boca kisika, vakuum pumpa, NaOH (c = 5

mol dm-3), MnCl2 (c = 3 mol dm-3), KI (c = 1,5 mol dm-3), HCl, konc.; Na2S2O3 (c = 0,01

mol dm-3), škrob.

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

36

Račun za otapanje čistog kisika:

37

Račun za otapanje kisika iz zraka:

38

Zaključak:

39

Vježba 8.

RAVNOTEŽA DISOCIJACIJE

Spektrofotometrijsko određivanje konstante ravnoteže

deprotoniranja metilnog crvenila

Zadatak vježbe: Odrediti konstantu ravnoteže deprotoniranja metilnog crvenila u

vodenoj otopini spektrofotometrijskom metodom.

Pribor i kemikalije: pH metar, spektrofotometar, 4 male staklene čaše od 50 cm3, 6

odmjernih tikvica od 25 cm3, 4 pipete od 10 cm3, staničevina, standardni puferi pH = 2 i

pH = 11, otopina metilnog crvenila ( = 0,1 mg dm-3), CH3COOH (c = 0,02 mol dm-3),

CH3COONa (c = 0,02 mol dm-3), CH3COONa (c = 0,04 mol dm-3).

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

40

Tablica 1. Prikaz izmjerenih pH vrijednosti otopina k, b, m1 i m2 metilnog crvenila,

određenih apsorbancija navedenih otopina pri valnim duljinama 425 nm i 525 nm, te

koncentracijskih konstanti ravnoteže (Kc) otopina m1 i m2 dobivenih matematičkom

obradom eksperimentalno dobivenih podataka.

otopina m1 otopina m2 otopina k otopina b

pH A1 ( = 425 nm) A2 ( = 525 nm) [R-]/[HR] log [R-]/[HR] log Kc Kc / mol dm-3

otopina k (pH < 4)

otopina b (pH > 6)

otopine m1 i m2 (4 < pH < 6)

Račun:

41

Slika 1. Apsorpcijski spektri otopina metilnog crvenila (k, b, m1 i m2) snimljeni na

UV/VIS spektrofotometru.

Zaključak:

42

Vježba 9.

REAKCIJSKA KALORIMETRIJA

Entalpija reakcije u Daniell-ovom članku i neutralizacije anilina

octenom i klorovodičnom kiselinom

Zadatak vježbe: Odrediti entalpiju reakcije u Daniell-ovom članku. Odrediti konstantu

disocijacije anilina pomoću entalpija neutralizacija slabom i jakom kiselinom.

Pribor i kemikalije: kalorimetar, magnetska mješalica, magnetski mješač, pipeta od

50 cm3, 2 pipete od 25 cm3, pipeta od 20 cm3, 2 pipete od 10 cm3, zaporni sat

(štoperica), Zn (u prahu), CuSO4 5H2O (c = 0,5 mol dm-3), CH3COOH (c = 1 mol dm-3),

HCl (c = 1 mol dm-3), anilin (C6H5NH2).

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

43

Tablica 1. Kalorimetrijsko određivanje entalpije Daniell-ovog članka.

t / min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

/ C

T / K

Slika 1. Grafičko određivanje promjene temperature (T) za reakciju u Daniell-ovom

članku.

Račun:

44

Tablica 2. Kalorimetrijsko određivanje entalpije neutralizacije anilina octenom

kiselinom (c = 1 mol dm-3).

t / min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

/ C

T / K

Slika 2. Grafičko određivanje promjene temperature (T) za reakciju neutralizacije

anilina octenom kiselinom.

Račun:

45

Tablica 3. Kalorimetrijsko određivanje entalpije neutralizacije anilina klorovodičnom

kiselinom (c = 1 mol dm-3).

t / min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

/ C

T / K

Slika 3. Grafičko određivanje promjene temperature (T) za reakciju neutralizacije

anilina klorovodičnom kiselinom.

Račun:

46

Račun za određivanje konstante disocijacije anilina:

Komentar rezultata:

47

Zaključak:

49

Vježba 10.

KOLIGATIVNA SVOJSTVA

Sniženje temperature očvršćivanja

Zadatak vježbe: Odrediti molarnu masu nepoznate tvari metodom sniženja temperature

očvršćivanja (krioskopskom metodom).

Pribor i kemikalije: epruveta po Hagedornu, čep, termometar, čaša od 100 cm3, tarionik

s tučkom, mrežica, tronog, plamenik, kamfor, uzorak nepoznate tvari, parafinsko ulje

Opis postupka:

Datum Ime i prezime studenta

50

Račun:

Komentar rezultata:

51

Zaključak: